مبدلهای حرارتی صفحهای در بسیاری از کاربردهای صنعتی وجود دارند و در درجه اول از صفحات فلزی برای انتقال حرارت بین دو سیال استفاده میکنند.
استفاده از آنها به سرعت در حال رشد است زیرا آنها از مبدلهای حرارتی سنتی (معمولاً یک لوله کویل حاوی یک سیال که از محفظهای حاوی سیال دیگر عبور میکند) بهتر عمل میکنند، زیرا سیالی که خنک میشود سطح تماس بیشتری دارد که انتقال حرارت را بهینه میکند و سرعت تغییر دما را تا حد زیادی افزایش میدهد.
به جای عبور کویلها از میان محفظهها، در یک مبدل حرارتی صفحهای، دو محفظه متناوب، معمولاً با عمق نازک، وجود دارد که توسط صفحات فلزی موجدار در بزرگترین سطوح خود از هم جدا شدهاند. محفظه نازک است، زیرا این امر تضمین میکند که بیشتر حجم مایع در تماس با صفحه باشد و به تبادل گرما کمک کند.
چنین صفحات تبادل حرارتی به طور سنتی با استفاده از مهر زنی یا ماشینکاری معمولی مانند کشش عمیق ساخته می شدند، اما اخیراً اچینگ فتوشیمیایی (PCE) به عنوان کارآمدترین و مقرون به صرفه ترین تکنیک ساخت موجود برای این کاربرد دقیق ثابت شده است. ماشینکاری الکتروشیمیایی (ECM) یکی دیگر از فناوری های جایگزین است که می تواند قطعات بسیار دقیقی را در دسته ها تولید کند، اما این فرآیند نیاز به سطح بسیار بالایی از سرمایه گذاری اولیه دارد، محدود به مواد رسانا است، انرژی زیادی مصرف می کند، طراحی و ساخت ابزارها دشوار است و قطعه کار خوردگی ابزار و وسایل ماشینی همیشه یک سردرد بوده است.
اغلب، هر دو طرف مبدل حرارتی صفحهای دارای ویژگیهای بسیار پیچیدهای هستند که گاهی اوقات فراتر از قابلیتهای پرسکاری و ماشینکاری هستند، اما با استفاده از PCE به راحتی قابل دستیابی هستند. علاوه بر این، PCE میتواند به طور همزمان ویژگیهایی را در هر دو طرف صفحه ایجاد کند و در زمان صرفهجویی قابل توجهی داشته باشد و این فرآیند را میتوان برای طیف وسیعی از فلزات مختلف از جمله فولاد ضد زنگ، اینکونل ۶۱۷، آلومینیوم و تیتانیوم اعمال کرد.
با توجه به برخی ویژگیهای ذاتی این فرآیند، PCE جایگزین جذابی برای مهرزنی و ماشینکاری در کاربردهای ورق فلزی ارائه میدهد. با استفاده از ماده مقاوم در برابر نور و اچکننده برای پردازش شیمیایی دقیق نواحی انتخابشده، این فرآیند دارای خواص مواد حفظشده، قطعات بدون پلیسه و تنش با خطوط تمیز و بدون مناطق تحت تأثیر گرما است. علاوه بر این، محیط اچینگ سیال، ساختار بهینهای را برای محیط خنککننده سیال مورد استفاده در صفحه ایجاد میکند. این ساختارها هیچ گوشه و لبهای مستعد خوردگی ندارند.
در کنار این واقعیت که PCE از ابزارهای دیجیتال یا شیشهای کمهزینه و تکرارپذیر استفاده میکند، جایگزینی مقرونبهصرفه، با دقت بالا و سریع برای تکنیکهای سنتی ماشینکاری و پرسکاری ارائه میدهد. این به معنای صرفهجویی قابل توجه در هزینهها هنگام تولید ابزارهای نمونه اولیه است و برخلاف تکنیکهای پرسکاری و ماشینکاری، هیچ سایش ابزار و هزینهای مرتبط با برش مجدد فولاد وجود ندارد.
ماشینکاری و پرسکاری میتواند نتایج نه چندان کاملی روی فلز در خط برش ایجاد کند، که اغلب باعث تغییر شکل ماده در حال ماشینکاری و ایجاد پلیسه، مناطق تحت تأثیر گرما و لایههای ریختهگری مجدد میشود. علاوه بر این، آنها تلاش میکنند تا وضوح جزئیات مورد نیاز برای قطعات فلزی کوچکتر، پیچیدهتر و دقیقتر مانند صفحات تبادل حرارت را برآورده کنند.
یکی دیگر از عواملی که باید در انتخاب فرآیند در نظر گرفته شود، ضخامت مادهای است که قرار است ماشینکاری شود. فرآیندهای سنتی اغلب هنگام استفاده برای پردازش فلزات نازک با مشکلاتی روبرو میشوند، مهرزنی و پرسکاری در بسیاری از موارد نامناسب هستند، در حالی که برش لیزری و برش با آب به ترتیب منجر به سطوح نامتناسب و غیرقابل قبولی از تغییر شکل حرارتی و تکه تکه شدن مواد میشوند. در حالی که PCE را میتوان در ضخامتهای مختلف فلز استفاده کرد، یک ویژگی کلیدی این است که میتواند روی ورقهای فلزی نازکتر، مانند ورقهای مورد استفاده در مبدلهای حرارتی صفحهای، بدون به خطر انداختن صافی، که برای یکپارچگی مونتاژ بسیار مهم است، کار کند. مهم
یکی از کاربردهای کلیدی صفحات، در پیلهای سوختی ساخته شده از فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، نیکل، تیتانیوم، مس و طیف وسیعی از آلیاژهای خاص است.
صفحات فلزی در پیلهای سوختی مزایای زیادی نسبت به سایر مواد دارند. در عین حال، آنها بسیار قوی هستند، رسانایی الکتریکی عالی برای خنکسازی بهتر ارائه میدهند، میتوانند با استفاده از حکاکی بسیار نازک ساخته شوند که منجر به ایجاد پشتههای کوتاهتر میشود و هیچ سطح صاف جهتداری در داخل کانال ندارند. صفحات را میتوان همزمان تشکیل داد و کانالها را ایجاد کرد و همانطور که در بالا ذکر شد، هیچ تنش حرارتی در فلز ایجاد نمیشود و صافی مطلق را تضمین میکند.
فرآیند PCE تلرانسهای تکرارپذیر را در تمام ابعاد صفحه کلید، از جمله عمق مسیر هوا و هندسه منیفولد، تضمین میکند و میتواند قطعاتی را با مشخصات دقیق افت فشار تولید کند.
سایر صنایعی که از ورقهای حکاکیشده شیمیایی استفاده میکنند شامل موتورهای خطی، هوافضا، پتروشیمی و صنایع شیمیایی هستند. پس از ساخت، صفحات روی هم چیده شده و با روش انتشار پیوند داده میشوند یا به هم لحیم میشوند تا هسته مبدل حرارتی را تشکیل دهند. مبدلهای حرارتی نهایی میتوانند تا شش برابر کوچکتر از مبدلهای حرارتی سنتی "پوسته و لوله" باشند و مزایای عالی در فضا و وزن ارائه دهند.
مبدلهای حرارتی تولید شده با استفاده از PCE نیز بسیار مقاوم و کارآمد هستند و قادر به تحمل فشار ۶۰۰ بار و در عین حال سازگاری با محدوده دمایی از برودتی تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد میباشند. میتوان بیش از دو جریان فرآیندی را در یک واحد ترکیب کرد و الزامات مربوط به لولهکشی و شیرآلات را تا حد زیادی کاهش داد. واکنش و اختلاط را نیز میتوان در طراحی مبدل حرارتی صفحهای ادغام کرد و از نظر اقتصادی، قابلیتها را در یک واحد واحد افزایش داد.
الزامات امروزی برای اتلاف حرارت کارآمد و کمجا، چالشهای عظیمی را برای بسیاری از مهندسان توسعه ایجاد میکند. کوچکسازی بسیاری از قطعات در فناوری الکتریکی و میکروسیستم، نقاط داغ حرارتی ایجاد میکند که برای تضمین عمر طولانی، نیاز به اتلاف حرارت بهینه دارند.
با استفاده از PCE دوبعدی و سهبعدی، میتوان میکروکانالهایی با عرض و عمق مشخص در مبدلهای حرارتی برای انتخاب محیط اتلاف گرما در کوچکترین سطح ساخت. تقریباً هیچ محدودیتی برای طرحهای کانال ممکن وجود ندارد.
علاوه بر این، از آنجایی که فرآیند حکاکی الهامبخش نوآوری در طراحی و آزادی هندسی است، جریان آشفته برخلاف جریان آرام میتواند از طریق استفاده از لبهها و عمقهای کانال موجدار ارتقا یابد. جریان آشفته در محیط خنککننده به این معنی است که مایع خنککننده در تماس با منبع گرما دائماً در حال تغییر است که تبادل گرما را کارآمدتر میکند. چنین چین و چروکها و بینظمیهایی در میکروکانالها در مبدلهای حرارتی به راحتی توسط PCE تولید میشوند، اما تولید آنها با استفاده از فرآیندهای تولید جایگزین امکانپذیر یا مقرون به صرفه نیست.
شرکت میکرومتال، متخصص PCE، از ابزارهای اپتوالکترونیکی با قیمت رقابتی برای تولید قطعات کاری با کیفیت بالا و دقت تکرارپذیری بالا استفاده میکند.
صفحات میکروکانال مجزا را میتوان (مثلاً از طریق جوشکاری نفوذی) به هندسههای سهبعدی مختلف متصل کرد. میکرومتال از یک شبکه شریک باتجربه استفاده میکند که به مشتریان این امکان را میدهد که صفحات میکروکانال مجزا یا بلوکهای مبدل حرارتی میکروکانال یکپارچه را خریداری کنند.
مادهای که خواص فلزی دارد و از دو یا چند عنصر شیمیایی تشکیل شده است که حداقل یکی از آنها فلز است.
کاهش افزایش دمای سیال در سطح مشترک ابزار/قطعه کار در حین ماشینکاری. معمولاً به شکل مایع، مانند مخلوطهای محلول یا شیمیایی (نیمه مصنوعی، مصنوعی)، اما میتواند هوای تحت فشار یا سایر گازها نیز باشد. به دلیل توانایی آب در جذب مقادیر زیاد گرما، به طور گسترده به عنوان خنککننده و حامل برای ترکیبات مختلف برش استفاده میشود و نسبت آب به ترکیب با توجه به نوع کار ماشینکاری متفاوت است. به سیال برش؛ سیال برش نیمه مصنوعی؛ سیال برش روغنی محلول؛ سیال برش مصنوعی مراجعه کنید.
۱. توزیع یک جزء در گاز، مایع یا جامد که تمایل دارد ترکیب را در تمام قسمتها یکنواخت کند. ۲. یک اتم یا مولکول به طور خود به خود به مکان جدیدی در داخل ماده حرکت میکند.
عملیاتی که در آن جریان الکتریکی از طریق یک الکترولیت بین قطعه کار و یک ابزار رسانا جریان مییابد. یک واکنش شیمیایی را آغاز میکند که فلز را با سرعت کنترلشدهای از قطعه کار حل میکند. برخلاف روشهای برش مرسوم، سختی قطعه کار یک عامل تعیینکننده نیست و ECM را برای موادی که ماشینکاری آنها دشوار است، مناسب میسازد. به شکل سنگزنی الکتروشیمیایی، هونینگ الکتروشیمیایی و تراشکاری الکتروشیمیایی.
از نظر عملکردی مشابه موتور دوار در یک ماشین ابزار، یک موتور خطی را میتوان به عنوان یک موتور دوار آهنربای دائمی استاندارد در نظر گرفت که به صورت محوری در مرکز برش داده شده، سپس لخت شده و به صورت مسطح قرار داده شده است. مزیت اصلی استفاده از موتورهای خطی برای هدایت حرکت محور این است که ناکارآمدیها و تفاوتهای مکانیکی ناشی از سیستمهای مونتاژ پیچ توپی مورد استفاده در اکثر ابزارهای ماشین CNC را از بین میبرد.
اجزای با فاصله بیشتر در بافت سطح. تمام بینظمیهایی که فاصله آنها از تنظیمات قطع دستگاه بیشتر است را در نظر بگیرید. به بخش جریان؛ جایگذاری؛ زبری مراجعه کنید.
دکتر مایکل جی. هیکس مدیر مرکز تحقیقات تجاری و اقتصادی و استاد ممتاز اقتصاد جورج و فرانسیس بال در دانشکده بازرگانی میلر دانشگاه ایالتی بال است. هیکس مدرک دکترا و کارشناسی ارشد اقتصاد خود را از دانشگاه تنسی و مدرک لیسانس اقتصاد را از موسسه نظامی ویرجینیا دریافت کرده است. او دو کتاب و بیش از 60 نشریه علمی با تمرکز بر سیاستهای عمومی ایالتی و محلی، از جمله سیاستهای مالیاتی و هزینهای و تأثیر والمارت بر اقتصادهای محلی، تألیف کرده است.
زمان ارسال: ۲۷ ژوئیه ۲۰۲۲
